EP4330995A1 - Emv-filtervorrichtung mit integriertem stromsensor und integrierter kapazität; sowie leistungselektronikmodul - Google Patents

Emv-filtervorrichtung mit integriertem stromsensor und integrierter kapazität; sowie leistungselektronikmodul

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EP4330995A1
EP4330995A1 EP22723014.1A EP22723014A EP4330995A1 EP 4330995 A1 EP4330995 A1 EP 4330995A1 EP 22723014 A EP22723014 A EP 22723014A EP 4330995 A1 EP4330995 A1 EP 4330995A1
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EP
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conductor structure
filter device
power electronics
emc filter
conductor
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Application number
EP22723014.1A
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English (en)
French (fr)
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Bao Ngoc AN
Momo LA ETIC
Mihai Cretu
Julian Körner
Linbo Tang
Eduard Enderle
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • EMC filter device with integrated current sensor and integrated capacitance; and power electronics module
  • the invention relates to an EMC filter device for power electronics of an electrical machine, preferably an electrical machine used as a drive unit in a motor vehicle.
  • the aim is to provide a filter device that functions as reliably as possible in the sense of a mains filter for use in power electronics, which on the one hand has a structure that is as compact as possible, in particular flat, and on the other hand is equipped with as few interfaces/contacts as possible.
  • an EMC filter device for power electronics of an electrical machine which EMC filter device has an electrical conductor structure and at least one inductance interacting with the conductor structure, the conductor structure having at least two individual conductive layers insulated from one another, and additional electronic components also being present the conductor structure be strengthened.
  • the conductor structure is thus designed as a laminated busbar or high-current printed circuit board.
  • an EMC filter device is a filter device that ensures or improves the electromagnetic compatibility of a device, for example a power electronics module, to which the filter device is coupled.
  • this EMC filter device Due to its compact design, this EMC filter device according to the invention can be integrated more easily into existing installation spaces, for example in a housing of an inverter unit, or the inverter unit can be designed to be more compact overall.
  • the inverter unit can be designed to be more compact overall.
  • the electronic component is attached to the conductor structure in a materially bonded manner, preferably welded, soldered or glued on. This reduces the assembly effort.
  • a first electronic component is in the form of a capacitance placed on (preferably on an upper side) the conductor structure, more preferably several of these first electronic components being provided, the structure of the filter device is kept as simple as possible.
  • a second electronic component is designed as a current sensor attached to the conductor structure.
  • a third electronic component is further preferably embodied as a discharge resistor attached to the conductor structure.
  • the structure of the filter device is also kept as compact as possible and the functionality is expanded.
  • the conductor structure is constructed as compactly as possible.
  • the conductor structure in its entirety is surrounded/encased by an insulating film on the outside.
  • the at least one inductance has a core (preferably designed as a toroidal core) and the conductor structure through this Core is pushed through / protrudes. This also results in an arrangement that is as compact as possible.
  • the invention relates to a power electronics module for an electrical machine, with a capacitor arrangement and an EMC filter device according to the invention, which is electrically connected to the capacitor arrangement, according to at least one of the previously described embodiments.
  • a plurality of capacitors in the capacitor arrangement are likewise fastened to an upper side or an underside of the conductor structure.
  • the conductor structure preferably has a corresponding extension on which the individual capacitors are arranged in series and/or parallel to one another. As a result, the conductor structure is used even more skilfully for a compact design of the power electronics module.
  • a current input of the power electronics module is formed directly by the conductor structure and a current output of the power electronics module is formed by the capacitor arrangement.
  • an EMC filter (EMC filter device) with an integrated current sensor and DC link capacitor (capacitance) is formed.
  • the EMC filter is designed using a laminated bus bar (/a laminated busbar/busbar/conductor structure).
  • the laminated bus bar has at least two electrically conductive layers that are insulated from one another.
  • the additional components in particular a Current sensor and/or a discharge resistor are connected to the laminated bus bar.
  • FIG. 1 shows a plan view of an EMC filter device according to the invention according to a preferred exemplary embodiment as part of an inverter unit/power electronics module, and
  • FIG. 2 shows a cross-sectional representation of the EMC filter device according to FIG. 1 , so that a heat-conducting layer arranged between a conductor structure and an area fixed to the housing and two side walls serving for shielding can be seen.
  • FIG. 1 shows an EMC filter device 1 according to the invention in a clear manner.
  • the EMC filter device 1 is implemented in this embodiment as an independent module, but in further embodiments according to the invention it is also directly formed as part of a power electronics module 20 / an inverter unit 11 .
  • the inverter unit 11 then in turn forms a component of the power electronics module 20 indicated generally in FIG. 1/power electronics for an electrical machine.
  • the EMC filter device 1 is thus used in power electronics of an electrical machine of a motor vehicle, which is preferably designed as a drive machine.
  • the EMC filter device 1 has a laminated conductor structure 2 which is implemented here as a laminated busbar 5 .
  • the conductor structure 2 is also implemented as a printed circuit board, namely as a high-current printed circuit board.
  • the conductor structure 2 alternatively also referred to as a busbar or busbar, has a plurality of conductive layers 6a, 6b, which are indicated in FIG. 2 and are insulated from one another.
  • the conductive layers 6a, 6b lie flat/coplanar on one another and form the conductor structure 2/busbar 5 as a whole. Between the conductive layers 6a, 6b, as also indicated in FIG.
  • an insulating film 7 is interposed, which is used directly to insulate the two conductive layers 6a, 6b relative to one another.
  • the conductor structure 2 also consists of more than two, for example three or four, conductive layers 6a, 6b.
  • the conductor structure 2 has an essentially plate-shaped structure. According to the design as an EMC filter device 1, the conductor structure 2 has two inductances 4a, 4b. A first inductor 4a has a first core 8a, and a second inductor 4b has a second core 8b. Each core 8a, 8b is designed as a ring core/ring-shaped. A section of the conductor structure 2 extends centrally through these cores 8a, 8b arranged next to one another. Two connections 10a, 10b are implemented on the conductor structure 2 towards a common side of the two inductances 4a, 4b and form a current input during operation.
  • the two terminals 10a, 10b are connected to a power supply 9, preferably a high-voltage battery, during operation, as also indicated.
  • the two connections 10a, 10b form not only a current input of the EMC filter device 1, but also a current input 16 of the inverter unit 11 and the power electronics module 20.
  • two capacitances 3a, 3b in the form of capacitors are placed/applied on the conductor structure 2.
  • the two capacitances 3a, 3b thus form two first electronic components 21, which are accommodated/mounted on the conductor structure 2.
  • the respective first electronic component 21 is preferably cohesively fixed on the conductor structure 2, for example soldered or welded on.
  • the current sensor 24 is attached to the conductor structure 2 via a weld point 36 .
  • a third electronic component 23 in the form of a discharge resistor 25 is accommodated/attached to the conductor structure 2 (FIG. 1).
  • the third electronic component 23 is also preferably fixed to the conductor structure 2 in a materially bonded manner.
  • connection of the respective component 21, 22, 23 is also provided in further embodiments, for example force-fit via fastening means such as screws.
  • the conductor structure 2 is connected to a capacitor arrangement 12 of the inverter unit 11 .
  • a corresponding connection takes place, for example, in the area of a dividing line 33 .
  • the conductor structure 2 is also in one piece with a rail 35 of the capacitor arrangement 12 so that a plurality of capacitors 26 of the capacitor arrangement 12 are also arranged on the conductor structure 2 .
  • the EMC filter device 1 is then a direct component of an inverter unit 11 having the capacitor arrangement 12.
  • the capacitors 26 are implemented as discrete capacitors 26 and are arranged, for example, in two parallel rows.
  • the inverter unit 11 has a housing 13, which is also referred to as an inverter housing.
  • This housing 13 encloses both the capacitor arrangement 12 and the EMC filter device 1 with the conductor structure 2.
  • the EMC filter device 1 has its own housing, which is then fixed to the housing 13 is attached and which can be referred to as the housing-fixed area 14 of the housing 13.
  • the conductor structure 2 with its electronic components 21, 22, 23 and the inductances 4a, 4b is placed on a region 14 of the housing 13 that is fixed to the housing.
  • the area 14 fixed to the housing is implemented here directly as a plate-shaped area of the housing 13 .
  • the area 14 fixed to the housing is also designed in a different way as a heat sink, which is further connected to the housing 13 .
  • FIG. 2 also shows that there is a cover 29 which, together with the area 14 fixed to the housing, accommodates the EMC filter device 1 .
  • the conductor structure 2 rests with its underside 19 (here indirectly) on the area 14 fixed to the housing.
  • the electronic components 21 , 22 , 23 are attached to their upper side 18 . In other versions, these are partially or entirely attached to the underside 19 .
  • the two cores 8a, 8b are connected to the area 14 fixed to the housing via an adhesive connection 34.
  • the two connections 10a, 10b are implemented as so-called pins and protrude at least through the cover 29.
  • a cover 27 that forms a shield is also formed by the cover 29 .
  • the cover 27 is formed by the cover 29 and a side wall 30 fastened to the cover 29 .
  • the cover 29 and side wall 30 thus form a shielding hood which is placed on the conductor structure 2 and is supported on the latter via the side walls 30 .
  • an EMC seal 28 is interposed between an end face 31 of the side walls 30 and the conductor structure 2 / the top side 18 of the conductor structure 2 .
  • This EMC seal 28 has a sealing strip 32 or is implemented as such a sealing strip 32 .
  • the EMC seal 28 extends over the entire circumference of the side wall 30 and thus seals off an interior of the cover 27 from the environment.
  • the side walls 30 are formed separately from the cover 29 and attached to it.
  • the side wall 30 is welded to the cover 29 or attached in a non-positive manner, for example by means of fastening means.
  • the side walls 30 are also designed as a one-piece material component of the cover 29 .
  • a thermally conductive layer 15, which is implemented as a “gap pad”/mat, is inserted between the conductor structure 2 and the area 14 fixed to the housing.
  • the layer 15 thus serves to dissipate waste heat from the conductor structure 2 in the direction of the area 14 fixed to the housing.
  • the layer 15 is elastically deformable and is compressed between the conductor structure 2 and the area 14 fixed to the housing.
  • the layer 15 consists of some thermally conductive material, such as a thermally conductive filled composite.
  • the layer 15 is alternatively implemented as a gel layer or as a casting compound.
  • connections 10a, 10b form the entire current input 16 of the inverter unit 11/of the power electronics module 20
  • an output of the capacitor arrangement 12 typically forms a current output 17 of the inverter unit 11/of the power electronics module, indicated schematically in FIG 20
  • an EMC filter is constructed on the basis of a laminated busbar (busbar 5).
  • the additional components 21, 22, 23 can be screwed or welded (laser welding) onto the laminated busbar.
  • the intermediate circuit capacitor (capacitor arrangement 12) is constructed on the basis of discrete capacitors 26 which are connected in parallel via the laminated busbar. This intermediate circuit capacitor is connected directly to the EMC filter via the common laminated busbar.
  • the laminated bus bar consists of two or more coplanar conductive plates (e.g. copper plates; also referred to as conductive layers 6a, 6b) with the intermediate and outer insulating foils 7 laminated.
  • coplanar conductive plates e.g. copper plates; also referred to as conductive layers 6a, 6b
  • the passive components can be soldered directly onto the laminated busbar.
  • Current sensor 24 (DC side) and discharge resistor 25 can be connected directly to the laminated busbar (for example by laser welding).
  • a DC link capacitor can be connected as a parallel circuit of discrete capacitors (capacitors 3a, 3b) via the laminated current collector.
  • the busbar is placed close to the housing 13 and thermally connected to the inverter housing 13 via heat-conducting materials (e.g. gap pad).
  • heat-conducting materials e.g. gap pad
  • the cores 8a, 8b are placed in the inverter housing 13 and fixed with an adhesive (e.g. with epoxy adhesive) or with a casting material and thermally connected to the inverter housing 13.
  • an adhesive e.g. with epoxy adhesive
  • An EMC shielding wall (side wall 30) is integrated into the inverter cover (cover 27) and provided with an EMC seal 28. After the cover 29 is closed, the EMC filter and the DC input connector are protected from electromagnetic radiation coupling.
  • the conductor structure 200 is a multi-layer high-current printed circuit board or PCB 200.
  • These conductor layers 600a, 600b can include copper.
  • thin conductor layers 800 can be arranged on the outer surfaces of the printed circuit board material 700 in addition to the conductor layers 600a, 600b arranged or embedded on the inside. These thin conductor layers 800 may include copper.
  • the conductor structure 201 has two or more single-layer printed circuit boards.
  • this conductor structure 201 there is a distance between single-layer printed circuit boards, which have a conductor layer 601a and an insulating printed circuit board material 701a or a conductor layer 601b and an insulating printed circuit board material 701b, in order to maintain an air gap.
  • the distance is ensured by a spacer 803.
  • the printed circuit boards 601a, 601b are fastened to one another, for example by means of a screw 801, which is electrically insulated from at least one of the conductor layers 601a, 601b by means of an insulation 802.
  • Fig. 5 shows a further alternative configuration of the conductor structure 202.
  • the conductor structure 202 has two or more single-layer printed circuit boards.
  • an adhesive layer 901 is arranged between single-layer circuit boards, which have a conductor layer 602a and an insulating circuit board material 702a or a conductor layer 602b and an insulating circuit board material 702b, in order to attach the circuit boards to one another.
  • Fig. 6 shows a further alternative embodiment of the conductor structure 203.
  • the conductor structure 203 has a plurality of conductor layers 603a, 603b and insulation layers 703a, 703b, 703c stacked one on top of the other.
  • the stacking is such that one of the conductor layers 603a, 603b and one of the insulation layers 703a, 703b, 703c alternate in each case.
  • the number of conductor layers 603a, 603b and insulating layers 703a, 703b, 703c is not limited to the number shown in FIG.
  • the stacked conductor layers 603a, 603b and insulating layers 703a, 703b, 703c are not laminated with each other and are not firmly connected to each other.
  • Fig. 7 shows a further alternative configuration of the conductor structure 204.
  • the conductor structure 204 has a plurality of conductor layers 604a, 604b and insulation layers 704a, 704b, 704c stacked on top of one another. The stacking is such that one of the conductor layers 604a, 604b and one of the insulation layers 704a, 704b, 704c alternate in each case.
  • the number of conductor layers 604a, 604b and insulating layers 704a, 704b, 704c is not limited to the number shown in FIG.
  • the stacked conductor layers 604a, 604b and insulation layers 704a, 704b, 704c are bonded together by respective adhesive layers 904 between respective adjacent layers.
  • FIG. 8a to 8c show a further alternative configuration of the conductor structure 205. More precisely, Fig. 8a and Fig. 8b show method steps for producing the conductor structure 205 shown in Fig. 8c.
  • a plurality of conductor layers 605a, 605b and at least one insulating layer 705 are stacked one on top of the other.
  • the stacking is such that one of the conductor layers 605a, 605b and the at least one insulation layer 705 alternate.
  • the number of conductor layers 605a, 605b and insulating layer 705 is not limited to the number shown in Figs. 8a to 8c.
  • the conductor layers 605a, 605b and insulation layer 705 stacked on top of one another are arranged in a molding mold 1000.
  • the mold is closed with a lid.
  • a molding material is placed in the molding mold 1000 . After the molding material has hardened, the conductor structure 205 is removed from the molding mold.
  • EMC filter device conductor structure a first capacitance b second capacitance a first inductance b second inductance busbar a first conductive layer b second conductive layer insulating film a first core b second core power supply 0a first connection 0b second connection 1 inverter unit 2 capacitor arrangement 3 housing 4 area fixed to the housing 5 layer 6
  • Discharge resistor Capacitor Cover EMC seal Cover Side wall Front face Sealing tape Separating line
  • Adhesive joint Rail Welding point Conductor structure a Conductor layer b Conductor layer Circuit board material Thin conductor layer Conductor structure a Conductor layer b Conductor layer a Circuit board materialb Circuit board material Screw Insulation Spacer Conductor structure a Conductor layer b Conductor layer a Circuit board materialb Circuit board

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine EMV-Filtervorrichtung (1) für eine Leistungselektronik einer elektrischen Maschine, mit einer elektrischen Leiterstruktur (2) und zumindest einer mit der Leiterstruktur (2) zusammenwirkenden Induktivität (4a, 4b), wobei die Leiterstruktur (2) zumindest zwei einzelne voneinander isolierte Leitschichten (6a, 6b) aufweist, und wobei weiterhin zusätzliche elektronische Komponenten (21, 22, 23) an der Leiterstruktur (2) befestigt sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Leistungselektronikmodul (20) mit dieser EMV-Filtervorrichtung (1).

Description

EMV-Filtervorrichtung mit integriertem Stromsensor und integrierter Kapazität; sowie Leistungselektronikmodul
Die Erfindung betrifft eine EMV-Filtervorrichtung für eine Leistungselektronik einer elektrischen Maschine, vorzugsweise einer als Antriebsmaschine in einem Kraftfahr zeug eingesetzten elektrischen Maschine.
Ziel ist es eine möglichst verlässlich funktionierende Filtervorrichtung im Sinne eines Netzfilters für den Einsatz in einer Leistungselektronik zur Verfügung zu stellen, die zum einen einen möglichst kompakten, insbesondere flachen, Aufbau aufweist, zum anderen mit möglichst wenigen Schnittstellen / Kontakten ausgestattet ist.
Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 erfüllt. Demnach ist eine EMV-Filtervorrichtung für eine Leistungselektronik einer elektrischen Maschine beansprucht, welche EMV-Filtervorrichtung eine elektrische Leiterstruktur und zumin dest eine mit der Leiterstruktur zusammenwirkende Induktivität aufweist, wobei die Leiterstruktur zumindest zwei einzelne voneinander isolierte Leitschichten aufweist, und wobei weiterhin zusätzliche elektronische Komponenten an der Leiterstruktur be festigt sind. Die Leiterstruktur ist somit etwa als laminierte Sammelschiene oder Hoch stromleiterplatte ausgebildet.
Die hierin verwendete Abkürzung „EMV“ steht für Elektromagnetische Verträglichkeit“. Demgemäß ist eine EMV-Filtervorrichtung eine Filtervorrichtung, die die elektromag netische Verträglichkeit einer Vorrichtung, zum Beispiel eines Leistungselektronikmo duls, gewährleistet bzw. verbessert, mit der die Filtervorrichtung gekoppelt ist.
Diese erfindungsgemäße EMV-Filtervorrichtung ist durch ihre kompakte Bauweise einfacher in bestehende Bauräume, bspw. in einem Gehäuse einer Invertereinheit, zu integrieren oder die Invertereinheit kann in Gänze kompakter ausgebildet sein. Durch das Vorsehen zusätzlicher elektronischer Komponenten an der Leiterstruktur wird zum einen der Aufbau möglichst kompakt realisiert, zum anderen werden die notwendigen Befestigungs- und Kontaktpunkte deutlich reduziert.
Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen bean sprucht und nachfolgend näher erläutert.
Demnach ist es auch von Vorteil, wenn die elektronische Komponente an der Lei terstruktur stoffschlüssig angebracht ist, vorzugsweise angeschweißt, angelötet oder angeklebt ist. Dadurch wird der Montageaufwand reduziert.
Ist eine erste elektronische Komponente als eine auf (vorzugsweise auf einer Ober seite) der Leiterstruktur aufgesetzte Kapazität ausgebildet, wobei weiter bevorzugt mehrere dieser ersten elektronischen Komponenten vorgesehen sind, wird der Aufbau der Filtervorrichtung möglichst einfach gehalten.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn eine zweite elektronische Komponente als ein an der Leiterstruktur befestigter Stromsensor ausgebildet ist.
Eine dritte elektronische Komponente ist weiter bevorzugt als ein an der Leiterstruktur befestigter Entladewiderstand ausgebildet. Dadurch wird der Aufbau der Filtervorrich tung ebenfalls möglichst kompakt gehalten und die Funktionalität erweitert.
Wenn zwischen den einzelnen Leitschichten der Leiterstruktur eine Isolationsfolie an geordnet ist, wird die Leiterstruktur möglichst kompakt aufgebaut.
Diesbezüglich ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn die Leiterstruktur in ihrer Gesamt heit nach außen / an ihrer Außenseite von einer Isolationsfolie umgeben / eingehüllt ist.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die zumindest eine Induktivität einen (vorzugsweise einen als Ringkern ausgebildeten) Kern aufweist und die Leiterstruktur durch diesen Kern hindurchgesteckt ist / hindurchragt. Dadurch ergibt sich ebenfalls eine möglichst kompakte Anordnung.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Leistungselektronikmodul für eine elektrische Maschine, mit einer Kondensatorenanordnung und einer, mit der Kondensatorenano rdnung elektrisch verbundenen, erfindungsgemäßen EMV-Filtervorrichtung nach zu mindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
Dabei hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Leiterstruktur an einem gehäusefesten Bereich der Kondensatorenanordnung befestigt ist. Dadurch wird ein Gehäusebereich / ein Gehäuse des Leistungselektronikmoduls vorzugsweise unmittel bar zur Aufnahme der EMV-Filtervorrichtung eingesetzt, wodurch weiterer Bauraum eingespart wird.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn mehrere Kondensatoren der Kondensatorena nordnung ebenfalls auf einer Oberseite oder einer Unterseite der Leiterstruktur befes tigt sind. Die Leiterstruktur weist dabei vorzugsweise eine entsprechende Erweiterung auf, auf der die einzelnen Kondensatoren in Reihe und/oder parallel zueinander ange ordnet sind. Dadurch wird die Leiterstruktur noch geschickter für einen kompakten Aufbau des Leistungselektronikmoduls genutzt.
Auch ist es von Vorteil, wenn ein Stromeingang des Leistungselektronikmoduls unmit telbar durch die Leiterstruktur ausgebildet ist und ein Stromausgang des Leistungs elektronikmoduls durch die Kondensatorenanordnung ausgebildet ist.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein EMV-Filter (EMV-Fil tervorrichtung) mit integriertem Stromsensor und DC-Link-Kondensator (Kapazitäten) ausgebildet. Der EMV-Filter wird unter Verwendung eines laminierten Bus-Bars (/ ei ner laminierten Stromsammelschiene / Sammelschiene / Leiterstruktur) mit ausgebil det. Der laminierte Bus-Bar weist zumindest zwei elektrische Leitschichten auf, die voneinander isoliert sind. Die zusätzlichen Komponenten, insbesondere ein Stromsensor und/oder ein Entladewiderstand, sind mit dem laminierten Bus-Bar ver bunden.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße EMV-Filtervorrichtung nach ei nem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Bestandteil einer Invertereinheit / eines Leistungselektronikmoduls, sowie
Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung der EMV-Filtervorrichtung nach Fig. 1 , sodass eine zwischen einer Leiterstruktur und einem gehäusefesten Bereich ange ordnete, wärmeleitende Schicht und zwei zur Abschirmung dienende Seiten wände zu erkennen sind.
Fig. 3 eine alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur,
Fig. 4 eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur,
Fig. 5 eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur,
Fig. 6 eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur,
Fig. 7 eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur, und
Fig. 8a bis 8c eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver sehen. Mit Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße EMV-Filtervorrichtung 1 übersichtlich zu erken nen. Die EMV-Filtervorrichtung 1 ist in dieser Ausführung als eigenständiges Modul umgesetzt, in weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen jedoch auch unmittel bar als Bestandteil eines Leistungselektronikmoduls 20 / einer Invertereinheit 11 aus gebildet. Die Invertereinheit 11 bildet dann wiederum einen Bestandteil des in Fig. 1 allgemein angedeuteten Leistungselektronikmoduls 20 / einer Leistungselektronik für eine elektrische Maschine. Die EMV-Filtervorrichtung 1 ist somit in einer Leistungs elektronik einer bevorzugt als Antriebsmaschine ausgebildeten elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
Die EMV-Filtervorrichtung 1 weist, wie auch in Fig. 2 näher zu erkennen, eine lami nierte Leiterstruktur 2 auf, die hier als laminierte Sammelschiene 5 umgesetzt ist. In weiteren Ausführungen ist die Leiterstruktur 2 auch als Leiterplatte, nämlich als Hoch stromleiterplatte, umgesetzt. Die alternativ auch als Busbar oder Stromsammel schiene bezeichnete Leiterstruktur 2 weist mehrere in Fig. 2 angedeutete, voneinan der isolierte Leitschichten 6a, 6b auf. Die Leitschichten 6a, 6b liegen flächig / koplanar aufeinander auf und bilden in Gänze die Leiterstruktur 2 / Sammelschiene 5 aus. Zwi schen den Leitschichten 6a, 6b, wie ebenfalls in Fig. 2 angedeutet, ist eine Isolations folie 7 zwischengelegt, die unmittelbar zur Isolierung der beiden Leitschichten 6a, 6b relativ zueinander dient. Auch ist die Leiterstruktur 2, d. h. die Gesamtheit an Leit schichten 6a, 6b, von ihrer Außenseite her durch eine solche Isolationsfolie 7 abge dichtet. In weiteren Ausführungen besteht die Leiterstruktur 2 auch aus mehr als zwei, etwa drei oder vier, Leitschichten 6a, 6b.
Die Leiterstruktur 2 weist einen im Wesentlichen plattenförmigen Aufbau auf. Die Lei terstruktur 2 weist gemäß der Ausbildung als EMV-Filtervorrichtung 1 zwei Induktivitä ten 4a, 4b auf. Eine erste Induktivität 4a weist einen ersten Kern 8a auf, eine zweite Induktivität 4b einen zweiten Kern 8b. Jeder Kern 8a, 8b ist als Ringkern / ringförmig ausgeführt. Die Leiterstruktur 2 erstreckt sich mit einem Abschnitt mittig durch diese nebeneinander angeordneten Kerne 8a, 8b hindurch. Zu einer gemeinsamen Seite beider Induktivitäten 4a, 4b hin sind zwei Anschlüsse 10a, 10b an der Leiterstruktur 2 umgesetzt, die im Betrieb einen Stromeingang bilden. Die beiden Anschlüsse 10a, 10b sind im Betrieb, wie ebenfalls angedeutet, mit einer Stromversorgung 9, vorzugsweise einer Hochspannungsbatterie verbunden. Die bei den Anschlüsse 10a, 10b bilden nicht nur einen Stromeingang der EMV-Filtervorrich- tung 1 , sondern auch einen Stromeingang 16 der Invertereinheit 11 und des Leis tungselektronikmoduls 20.
Des Weiteren sind auf der Leiterstruktur 2 zwei Kapazitäten 3a, 3b in Form von Kon densatoren, aufgesetzt / aufgebracht. Die beiden Kapazitäten 3a, 3b bilden somit zwei erste elektronische Komponenten 21 , die auf der Leiterstruktur 2 aufgenommen / be festigt sind. Die jeweilige erste elektronische Komponenten 21 ist vorzugsweise auf der Leiterstruktur 2 stoffschlüssig fixiert, etwa angelötet oder angeschweißt.
Eine weitere zweite elektronische Komponente 22, die auf der Leiterstruktur 2 aufge nommen / befestigt ist, ist als Stromsensor 24 realisiert und dient somit zum Erfassen eines elektrischen Stroms (Fig. 1 und 2). Der Stromsensor 24 ist über eine Schweiß stelle 36 an der Leiterstruktur 2 angebracht.
Des Weiteren ist eine dritte elektronische Komponente 23 in Form eines Entladewider standes 25 auf der Leiterstruktur 2 aufgenommen / befestigt (Fig. 1 ). Auch die dritte elektronische Komponente 23 ist vorzugsweise auf der Leiterstruktur 2 stoffschlüssig fixiert.
Alternativ zu dem formschlüssigen Anbinden der jeweiligen Komponente 21 , 22, 23 ist in weiteren Ausführungen auch eine andere Anbindung der jeweiligen Komponente 21 , 22, 23 vorgesehen, bspw. kraftschlüssig über Befestigungsmittel, wie Schrauben.
In Fig. 1 ist auch veranschaulicht, dass die Leiterstruktur 2 mit einer Kondensatorena nordnung 12 der Invertereinheit 11 verbunden ist. Eine entsprechende Anbindung fin det beispielsweise im Bereich einer Trennlinie 33 statt. In einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Leiterstruktur 2 jedoch auch einteilig mit einer Schiene 35 der Kondensatorenanordnung 12 ausgebildet, sodass mehrere Kondensatoren 26 der Kondensatorenanordnung 12 mit auf der Leiterstruktur 2 angeordnet sind. Die EMV- Filtervorrichtung 1 ist dann unmittelbarer Bestandteil einer die Kondensatorenanord nung 12 aufweisenden Invertereinheit 11. Die Kondensatoren 26 sind als diskrete Kondensatoren 26 umgesetzt und beispielhaft in zwei parallelen Reihen angeordnet.
Die Invertereinheit 11 weist ein Gehäuse 13 auf, das auch als Invertergehäuse be zeichnet ist. Dieses Gehäuse 13 umhaust sowohl die Kondensatorenanordnung 12 als auch die EMV-Filtervorrichtung 1 mit der Leiterstruktur 2. Es sei jedoch wiederum da rauf hingewiesen, dass in weiteren Ausführungen die EMV-Filtervorrichtung 1 ein ei genes Gehäuse aufweist, das dann fest an dem Gehäuse 13 angebracht ist und dem nach als gehäusefester Bereich 14 des Gehäuses 13 bezeichnet werden kann.
In Fig. 2 ist diesbezüglich zu erkennen, dass die Leiterstruktur 2 mit ihren elektroni schen Komponenten 21, 22, 23 und den Induktivitäten 4a, 4b auf einem gehäusefes ten Bereich 14 des Gehäuses 13 aufgesetzt ist. Der gehäusefeste Bereich 14 ist hier unmittelbar als ein plattenförmiger Bereich des Gehäuses 13 umgesetzt. In weiteren Ausführungen ist der gehäusefeste Bereich 14 auch auf andere Weise als eine Wär mesenke, die mit dem Gehäuse 13 weiter verbunden ist, ausgebildet.
Mit Figur 2 ist auch zu erkennen, dass ein Deckel 29 vorhanden ist, der zusammen mit dem gehäusefesten Bereich 14 die EMV-Filtervorrichtung 1 aufnimmt. Bei der Be trachtung in der Zeichnungsebene liegt die Leiterstruktur 2 mit ihrer Unterseite 19 (hier indirekt) auf dem gehäusefesten Bereich 14 auf. Zu ihrer Oberseite 18 hin sind die elektronischen Komponenten 21, 22, 23 angebracht. In weiteren Ausführungen sind diese teilweise oder gesamtheitlich an der Unterseite 19 angebracht.
Ferner sind die beiden Kerne 8a, 8b über eine Klebeverbindung 34 mit dem gehäuse festen Bereich 14 verbunden sind. Es ist hierbei auch zu erkennen, dass die beiden Anschlüsse 10a, 10b als so genannte Stifte realisiert sind und zumindest durch den Deckel 29 hindurchragen. Zudem sei darauf hingewiesen, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführungsfor men eine eine Abschirmung bildende Abdeckung 27 durch den Deckel 29 mit ausge bildet ist. Die Abdeckung 27 wird durch den Deckel 29 sowie eine an dem Deckel 29 befestigte Seitenwand 30 gebildet. Deckel 29 und Seitenwand 30 bilden somit eine Abschirmhaube, die auf die Leiterstruktur 2 aufgesetzt und über die Seitenwände 30 auf dieser abgestützt ist.
Diesbezüglich ist in Fig. 2 auch zu erkennen, dass zwischen einer Stirnseite 31 der Seitenwände 30 und der Leiterstruktur 2 / der Oberseite 18 der Leiterstruktur 2 eine EMV-Dichtung 28 zwischengelegt ist. Diese EMV-Dichtung 28 weist ein Dichtungs band 32 auf bzw. ist als ein solches Dichtungsband 32 umgesetzt. Die EMV-Dichtung 28 erstreckt sich über den gesamten Umfang der Seitenwand 30 hinweg und dichtet somit ein Inneres der Abdeckung 27 zur Umgebung hin ab.
Die Seitenwände 30 sind separat zu dem Deckel 29 ausgeformt und an diesem ange bracht / befestigt. Bspw. ist die Seitenwand 30 an dem Deckel 29 angeschweißt oder kraftschlüssig, etwa über Befestigungsmittel, angebracht. In weiteren Ausführungen sind die Seitenwände 30 jedoch auch als stoffeinteiliger Bestandteil des Deckels 29 ausgebildet.
Aus Figur 2 auch zu ersichtlich, dass zwischen der Leiterstruktur 2 und dem gehäuse festen Bereich 14 eine thermisch leitende Schicht 15, die als „Gap Pad“ / Matte umge setzt ist, eingesetzt ist. Die Schicht 15 dient somit zum Ableiten einer Abwärme von der Leiterstruktur 2 in Richtung des gehäusefesten Bereichs 14. Die Schicht 15 ist elastisch verformbar und zwischen der Leiterstruktur 2 und dem gehäusefesten Be reich 14 komprimiert eingelegt. Die Schicht 15 besteht aus einem bestimmten wärme leitfähigen Material, etwa einem mit thermisch leitfähigen, gefüllten Verbundwerkstoff. In weiteren Ausführungen ist die Schicht 15 alternativ auch als Gelschicht oder als Vergussmasse umgesetzt. Während die Anschlüsse 10a, 10b, wie bereits erwähnt, den gesamtheitlichen Stromeingang 16 der Invertereinheit 11 / des Leistungselektronikmoduls 20 bilden, bil det auf typische Weise ein Ausgang der Kondensatorenanordnung 12 einen in Fig. 1 schematisch angedeuteten Stromausgang 17 der Invertereinheit 11 / des Leistungs elektronikmoduls 20.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein EMV-Filter auf Basis einer laminierten Stromsammelschiene (Sammelschiene 5) aufgebaut.
In diesem EMV-Filter sind vorzugsweise noch weitere Komponenten 21 , 22, 23, wie Stromsensor 24 und Entlade-Widerstand 25, mit der laminierten Stromsammelschiene verbunden.
In einer Ausführungsvarianten können die zusätzlichen Komponenten 21 , 22, 23 auf die laminierte Stromsammelschiene verschraubt oder verschweißt sein (Laserschwei ßen).
Der Zwischenkreiskondensator (Kondensatorenanordnung 12) wird auf Basis von dis kreten Kondensatoren 26 aufgebaut, die über die laminierte Stromsammelschiene pa rallel verschaltet sind. Dieser Zwischenkreiskondensator ist über die gemeinsame la minierte Stromsammelschiene direkt mit dem EMV-Filter verbunden.
Die laminierte Stromsammelschiene besteht aus zwei oder mehreren koplanaren leit fähigen Platten (z.B. Kupferplatten; auch als Leitschichten 6a, 6b bezeichnet) mit den dazwischenliegenden und außenliegenden Isolationsfolien 7 laminiert.
Die passiven Bauelemente (z.B. Kondensatoren) können direkt auf die laminierte Stromsammelschiene verlötet werden. Stromsensor 24 (DC-seitig) und Entladewider stand 25 können direkt mit der laminierten Stromsammelschiene verbunden werden (z.B. mittels Laserschweißen). Ein DC-Link-Kondensator kann in einer Ausführungsvariante als eine Parallelschal tung von diskreten Kondensatoren (Kapazitäten 3a, 3b) über die laminierte Stromsam melschiene verbunden werden.
Die Stromsammelschiene wird nah am Gehäuse 13 platziert und über Wärmeleitmate rialien (z.B. Gap-Pad) mit dem Inverter-Gehäuse 13 thermisch angebunden sein.
Die Kerne 8a, 8b werden dabei in dem Inverter-Gehäuse 13 eingebracht und mit ei nem Klebstoff (z.B. durch Epoxidklebstoff) oder mit einem Vergussmaterial fixiert und thermisch mit dem Inverter-Gehäuse 13 verbunden.
Eine EMV-Schirmwand (Seitenwand 30) wird in die Inverter-Abdeckung (Abdeckung 27) integriert und mit einer EMV-Dichtung 28 versehen. Nach dem Schließen des De ckels 29 sind der EMV-Filter und der DC-Eingangsstecker vor EMV-Strahlungsein- kopplung geschützt.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung von verschiedenen Leiterstrukturen 200 bis 205, die als Alternative zu der zuvor beschriebenen Leiterstruktur 2 verwendet werden können.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 200.
Die Leiterstruktur 200 ist eine mehrlagige Hochstrom-Leiterplatte bzw. -PCB 200. Bei dieser Leiterstruktur 200 sind mehrere dicke Leiterschichten 600a, 600b, von denen in Fig. 3 beispielhaft zwei gezeigt sind, zwischen einem isolierenden Leiterplattenmate rial 700 voneinander isoliert eingebettet. Diese Leiterschichten 600a, 600b können Kupfer aufweisen. Vorzugsweise können neben den innen angeordneten bzw. einge betteten Leiterschichten 600a, 600b an äußeren Flächen des Leiterplattenmaterials 700 dünne Leiterschichten 800 angeordnet sein. Diese dünnen Leiterschichten 800 können Kupfer aufweisen.
Fig. 4 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 201 . Die Leiterstruktur 201 weist zwei oder mehrere einlagige Leiterplatten auf. Bei dieser Leiterstruktur 201 ist zwischen einlagigen Leiterplatten, die eine Leiterschicht 601a und ein isolierendes Leiterplattenmaterial 701a bzw. eine Leiterschicht 601b und ein isolierendes Leiterplattenmaterial 701b aufweisen, ein Abstand zum Einhalten einer Luftstrecke vorhanden. Der Abstand wird durch einen Abstandshalter 803 sicherge stellt. Die Leiterplatten 601a, 601b sind zum Beispiel mittels einer durch eine Isolation 802 von mindestens einer der Leiterschichten 601a, 601b elektrisch isolierten Schraube 801 aneinander befestigt.
Fig. 5 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 202.
Die Leiterstruktur 202 weist zwei oder mehrere einlagige Leiterplatten auf. Bei dieser Leiterstruktur 202 ist zwischen einlagigen Leiterplatten, die eine Leiterschicht 602a und ein isolierendes Leiterplattenmaterial 702a bzw. eine Leiterschicht 602b und ein isolierendes Leiterplattenmaterial 702b aufweisen, eine Klebeschicht 901 angeordnet, um die Leiterplatten aneinander zu befestigen.
Fig. 6 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 203.
Die Leiterstruktur 203 weist mehrere übereinander gestapelte Leiterschichten 603a, 603b und Isolationsschichten 703a, 703b, 703c auf. Das Stapeln ist derart, dass sich jeweils eine der Leiterschichten 603a, 603b und eine der Isolationsschichten 703a, 703b, 703c abwechseln. Die Anzahl der Leiterschichten 603a, 603b und der Isolati onsschichten 703a, 703b, 703c ist nicht auf die in Fig. 6 gezeigte Anzahl beschränkt. Die übereinander gestapelten Leiterschichten 603a, 603b und Isolationsschichten 703a, 703b, 703c sind nicht miteinander laminiert und nicht fest miteinander verbun den.
Fig. 7 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 204. Die Leiterstruktur 204 weist mehrere übereinander gestapelte Leiterschichten 604a, 604b und Isolationsschichten 704a, 704b, 704c auf. Das Stapeln ist derart, dass sich jeweils eine der Leiterschichten 604a, 604b und eine der Isolationsschichten 704a, 704b, 704c abwechseln. Die Anzahl der Leiterschichten 604a, 604b und der Isolati onsschichten 704a, 704b, 704c ist nicht auf die in Fig. 7 gezeigte Anzahl beschränkt. Die übereinander gestapelten Leiterschichten 604a, 604b und Isolationsschichten 704a, 704b, 704c sind mittels jeweiligen Klebeschichten 904 zwischen jeweiligen anei nander angrenzenden Schichten miteinander verklebt.
Fig. 8a bis 8c zeigen eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 205. Genauer gesagt zeigen Fig. 8a und Fig. 8b Verfahrensschritte zum Herstellen der on Fig. 8c gezeigten Leiterstruktur 205.
Wie es in Fig. 8a gezeigt ist, werden mehrere Leiterschichten 605a, 605b und mindes tens eine Isolationsschicht 705 übereinander gestapelt. Das Stapeln ist derart, dass sich jeweils eine der Leiterschichten 605a, 605b und die mindestens eine Isolations schicht 705 abwechseln. Die Anzahl der Leiterschichten 605a, 605b und der Isolati onsschicht 705 ist nicht auf die in Fig. 8a bis Fig. 8c gezeigte Anzahl beschränkt. Die übereinander gestapelten Leiterschichten 605a, 605b und Isolationsschicht 705wer- den in einer Molding-Form 1000 angeordnet.
Wie es in Fig. 8b gezeigt ist, wird die Molding-Form mit einem Verschluss bzw. Deckel verschlossen. Ein Molding-Material wird in die Molding-Form 1000 eingebracht. Nach Aushärten des Molding-Materials wird die Leiterstruktur 205 aus der Molding-Form ge nommen.
Wie es in Fig. 8c gezeigt ist, wird als Ergebnis die Leiterstruktur 205 erzielt, die von dem Molding-Material 1100, wie zum Beispiel einem Epoxyd- Material, umgeben ist. Bezuqszeichenliste EMV-Filtervorrichtung Leiterstruktur a erste Kapazität b zweite Kapazität a erste Induktivität b zweite Induktivität Sammelschiene a erste Leitschicht b zweite Leitschicht Isolationsfolie a erster Kern b zweiter Kern Stromversorgung 0a erster Anschluss 0b zweiter Anschluss 1 Invertereinheit 2 Kondensatorenanordnung 3 Gehäuse 4 gehäusefester Bereich 5 Schicht 6 Stromeingang 7 Stromausgang 8 Oberseite 9 Unterseite 0 Leistungselektronikmodul 1 erste elektronische Komponente 2 zweite elektronische Komponente 3 dritte elektronische Komponente 4 Stromsensor Entladewiderstand Kondensator Abdeckung EMV-Dichtung Deckel Seitenwand Stirnseite Dichtungsband Trennlinie Klebeverbindung Schiene Schweißstelle Leiterstruktur a Leiterschicht b Leiterschicht Leiterplattenmaterial dünne Leiterschicht Leiterstruktur a Leiterschicht b Leiterschicht a Leiterplattenmaterialb Leiterplattenmaterial Schraube Isolation Abstandshalter Leiterstruktur a Leiterschicht b Leiterschicht a Leiterplattenmaterialb Leiterplattenmaterial Klebeschicht Leiterstruktur 03a Leiterschicht 03b Leiterschicht 03a Leiterplattenmaterial 03b Leiterplattenmaterial 03c Leiterplattenmaterial 04 Leiterstruktur 04a Leiterschicht 04b Leiterschicht 04a Leiterplattenmaterial 04b Leiterplattenmaterial 704c Leiterplattenmaterial 904 Klebeschicht 05 Leiterstruktur 05a Leiterschicht 05b Leiterschicht 705 Isolationsschicht
1000 Molding-Form
1001 Deckel
1100 Molding-Material

Claims

Ansprüche
1. EMV-Filtervorrichtung (1 ) für eine Leistungselektronik einer elektrischen Ma schine, mit einer elektrischen Leiterstruktur (2) und zumindest einer mit der Leiterstruktur (2) zusammenwirkenden Induktivität (4a, 4b), wobei die Lei terstruktur (2) zumindest zwei einzelne voneinander isolierte Leitschichten (6a, 6b) aufweist, und wobei weiterhin zusätzliche elektronische Komponen ten (21 , 22, 23) an der Leiterstruktur (2) befestigt sind.
2. EMV-Filtervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Komponenten (21, 22, 23) an der Leiterstruktur (2) stoff schlüssig angebracht ist.
3. EMV-Filtervorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste elektronische Komponente (21 ) als eine auf der Leiterstruktur (2) aufgesetzte Kapazität (3a, 3b) ausgebildet ist.
4. EMV-Filtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektronische Komponente (22) als ein an der Leiterstruktur (2) befestigter Stromsensor (24) ausgebildet ist.
5. EMV-Filtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte elektronische Komponente (23) als ein an der Leiterstruktur (2) befestigter Entladewiderstand (25) ausgebildet ist.
6. EMV-Filtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Induktivität (4a, 4b) einen Kern (8a, 8b) aufweist und die Leiterstruktur (2) durch diesen Kern (8a, 8b) hindurchge steckt ist.
7. Leistungselektronikmodul (20) für eine elektrische Maschine, mit einer Kon densatorenanordnung (12) und einer mit der Kondensatorenanordnung (12) elektrisch verbundenen EMV-Filtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Leistungselektronikmodul (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur (2) an einem gehäusefesten Bereich (14) der Konden satorenanordnung (12) befestigt ist.
9. Leistungselektronikmodul (20) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kondensatoren (26) der Kondensatorenanordnung (12) auf einer Oberseite (18) oder einer Unterseite (19) der Leiterstruktur (2) befestigt sind.
10. Leistungselektronikmodul (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromeingang (16) des Leistungselektronikmoduls (20) unmittelbar durch die Leiterstruktur (2) ausgebildet ist und ein Stromaus gang (17) des Leistungselektronikmoduls (20) durch die Kondensatorenano- rdnung (12) ausgebildet ist.
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